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技术知识

声光作用

来源:本站    发布时间:2014-12-5 10:24:53    点击量:
声光作用
     又称声光效应,声波在透明媒质中传播时,媒质折射率发生空间周期性变化,使通过媒质的光线路径发生改变的现象。当声波频率比较低,且光束宽度比声波波长小时,媒质折射率的空间变化使光线发生偏转或聚焦作用;当声波频率增高,且光束宽度比声波波长大很多时,这种折射率的周期性变化起着相位光栅的作用,使通过的光束的相位受到相应的周期性调制,因而使光束发生衍射。声光作用是在20世纪初由 L.-N.布喇格等人首先从理论上提出的,亦称布喇格散射(见光的散射),以后在实验上得到了证实。
    就声光衍射而言,依实验条件不同,出现两种不同的衍射现象:①当超声波的频率不太高,且光束穿越声场的作用距离较小的情况下,声波引起媒质折射率的周期性变化起着相位光栅的作用,使通过的光束产生多级衍射,分布在出射光束两侧,此现象是C.V.喇曼和N.S.纳根德拉·奈斯首先提出的,称为喇曼-奈斯衍射;②当超声波频率较高,且光束穿越声场的作用距离较大的情况下,类似于X 射线在点阵上的衍射作用,光束通过声场以后,在出射光束的一侧出现较强的一级衍射光,服从布喇格父子提出的理论,称为布喇格衍射。不管在哪一种衍射的情况下,衍射光束都要产生偏转、频移和强度变化,变化的量值则随声波的强度、波长和传播速度等参量而改变。声光作用的应用就是利用衍射光束的这些性质来实现的。
图1 显示声波引起光衍射现象的实验装置
    给出显示各向异性晶体中各种声波引起光衍射现象的实验装置方框图。对于在晶体内传播的纵波或切变波(统称为体波),可以利用透射方法显示,如对晶体表面传播的各种声表面波,则可同时利用透射和反射方法显示。
图2 切割石英晶体中各种声波引起的光衍射图
    表示由该系统所显示的 切割石英晶体内各种体波和表面波所引起的光衍射现象。利用表面的叉指换能器(见声表面波器件)可同时激发起三种体波(纵波、快切变波和慢切变波)和两种表面波(瑞利波和漏波),照片上每一曲线代表一种波的衍射图,对应于每一种波在各方向的传播速度的倒数,所以又称倒速度图。
    从40年代开始,声波引起的光衍射现象已广泛用于透明媒质中超声波的激发和传播规律的研究,如显示超声场的能量分布情况、测量声速和衰减系数,可研究该透明媒质的宏观和微观的结构,为分子声学和晶体声学提供有效的研究方法(见超声学)。
    自60年代以来,由于激光技术、声学技术和电子技术的飞速发展,使声光作用的研究和应用掀起更高的热潮。利用声光作用可以快速而有效地控制激光束的频率、方向和强度,因而推动了声光器件的发展。已经研制成功的声光调制器和声光偏转器,正越来越广泛地应用于调谐滤波器光存储器、脉冲发生器、开关锁模激光器及光扫描器等。在许多场合,声光器件已取代其他器件,甚至起着不可替代的作用。目前,声光器件本身已开始系列化生产。特别是在70年代,由于光波导技术和声表面波技术的进展,还发展了利用声表面波和导引光波之间的声光作用所产生的表面波声光器件,可望在集成光通信方面得到重要的应用。总之,声光作用既是研究凝聚态物质的宏观和微观结构的重要方法,又是声学和光学中的新技术。
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